Impactador automatizado para el modelo de lesión medular contusiva en ratones
Summary
Aquí se presenta un novedoso dispositivo automatizado de contusión por lesión de la médula espinal para ratones, que puede producir con precisión modelos de contusión por lesión de la médula espinal con diversos grados.
Abstract
La lesión de la médula espinal (LME) debida a lesiones traumáticas, como accidentes automovilísticos y caídas, se asocia con una disfunción permanente de la médula espinal. La creación de modelos de contusión de lesión medular por impacto en la médula espinal da lugar a patologías similares a la mayoría de las lesiones medulares en la práctica clínica. Los modelos animales precisos, reproducibles y convenientes de lesión de la médula espinal son esenciales para estudiar la lesión de la médula espinal. Presentamos un novedoso dispositivo automatizado de contusión por lesión de la médula espinal para ratones, el sistema inteligente de lesión de la médula espinal de la Universidad de Guangzhou Jinan, que puede producir modelos de contusión por lesión de la médula espinal con precisión, reproducibilidad y comodidad. El sistema produce con precisión modelos de diversos grados de lesión de la médula espinal a través de sensores de distancia láser combinados con una plataforma móvil automatizada y un software avanzado. Utilizamos este sistema para crear tres niveles de modelos de ratones con lesión de la médula espinal, determinamos sus puntuaciones en la escala de ratón de Basso (BMS) y realizamos ensayos de comportamiento y tinción para demostrar su precisión y reproducibilidad. Mostramos cada paso del desarrollo de los modelos de lesión utilizando este dispositivo, formando un procedimiento estandarizado. Este método produce modelos reproducibles de contrusión por lesión de la médula espinal en ratones y reduce los factores de manipulación humana a través de procedimientos de manipulación convenientes. El modelo animal desarrollado es fiable para estudiar los mecanismos de lesión de la médula espinal y los enfoques de tratamiento asociados.
Introduction
La lesión de la médula espinal generalmente resulta en una disfunción permanente de la médula espinal debajo del segmento lesionado. Es causada principalmente por objetos que golpean la columna vertebral y la hiperextensión de la columna vertebral, como accidentes de tráfico y caídas1. Debido a la limitada disponibilidad de opciones de tratamiento eficaces para la lesión de la médula espinal, la elucidación de la patogénesis de las lesiones de la médula espinal utilizando modelos animales será informativa para el desarrollo de enfoques de tratamiento adecuados. El modelo de contusión de lesión medular causada por impacto en la médula espinal da lugar al desarrollo de modelos animales con patologías similares a la mayoría de los casos clínicos de lesión medular 2,3. Por lo tanto, es importante producir modelos animales precisos, reproducibles y convenientes para la contusión por lesión de la médula espinal.
Desde la invención por Allen del primer modelo animal de lesión medular en 1911, se han producido importantes avances en el desarrollo de instrumentos para establecer modelos animales de lesión medular 4,5. Con base en los mecanismos de lesión, los modelos de lesión de la médula espinal se clasifican como contusión, compresión, distracción, dislocación, transección o químico6. Entre ellos, los modelos de contusión, que utilizan fuerzas externas para desplazar y lesionar la médula espinal, son los más cercanos a la etiología clínica de la mayoría de los pacientes con lesión medular. Por lo tanto, el modelo de contusión ha sido utilizado por muchos investigadores en estudios de lesión medular 3,7. Se utilizan varios instrumentos para desarrollar modelos de contusión por lesión de la médula espinal. El impactador multicéntrico de la Universidad de Nueva York (NYU) sobre lesiones medulares en animales (MASCIS) produce contusiones de lesiones medulares mediante un dispositivo de caída de peso8. Después de varias versiones actualizadas, el impactador MASCIS es ampliamente utilizado para desarrollar modelos animales de contusión por lesión medular9. Sin embargo, cuando la varilla de impacto de MASCIS cae y golpea la médula espinal, pueden producirse múltiples lesiones, lo que afecta al grado de lesión en los modelos de lesión medular. Además, lograr la precisión mecánica para garantizar la exactitud del instrumento y la repetibilidad del modelo de fabricación también es un desafío. Los impactadores de horizonte infinito causan contusiones controlando la fuerza aplicada a la médula espinal en lugar de gotas pesadas10. Utiliza una computadora conectada a un sensor para medir directamente la fuerza de impacto entre el impactador y la médula espinal. Cuando se alcanza el umbral, el impactador se retrae inmediatamente, evitando así el rebote del peso y mejorando la precisión10,11. Sin embargo, el uso de esta modalidad de motricidad fina para infligir daño puede resultar en daño inconsistente y déficits funcionales6. El dispositivo de la Universidad Estatal de Ohio (OSU) comprime la superficie dorsal de la médula espinal a una velocidad transitoria mediante un controlador electromagnético12,13. Este dispositivo es similar a los impactadores de horizonte infinito, ya que utiliza compresiones de corta distancia para causar lesiones de la médula espinal. Sin embargo, tiene varias limitaciones, ya que la determinación inicial del punto cero provocará errores debido a la presencia del líquido cefalorraquídeo 6,14. En resumen, hay muchos instrumentos que se pueden utilizar para desarrollar modelos animales de contusión por lesión medular, pero todos tienen algunas limitaciones que conducen a una precisión y reproducibilidad insuficientes de los modelos animales. Por lo tanto, para crear de forma más precisa, cómoda y reproducible modelos de contusión de ratón de lesión medular, se necesita un impactador de lesión medular automatizado e inteligente.
Presentamos un nuevo impactador de lesiones de la médula espinal, el sistema inteligente de lesiones de la médula espinal de la Universidad de Guangzhou Jinan (sistema G smart SCI; Figura 1), para producir modelos de contusión por lesión medular. El dispositivo utiliza un telémetro láser como dispositivo de posicionamiento, combinado con una plataforma móvil automatizada para automatizar los golpes de acuerdo con los parámetros de impacto establecidos, incluida la velocidad de golpeo, la profundidad del golpe y el tiempo de permanencia. La operación automatizada reduce los factores humanos y mejora la precisión y la reproducibilidad de los modelos animales.
Protocol
Representative Results
Discussion
La lesión de la médula espinal puede provocar déficits sensoriales y motores, lo que puede provocar graves deficiencias físicas y mentales. En China, la incidencia de lesiones de la médula espinal en diferentes provincias varía de 14,6 a 60,6 por millón18. El aumento de la prevalencia de la LME ejercerá más presión sobre el sistema sanitario. En la actualidad, existen pocas opciones de tratamiento eficaces para la lesión medular, las lesiones debido a que sus mecanismos patológicos y p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, Nos. 82102314 (a ZSJ) y 32170977 (a HSL) y la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Guangdong, Nos. 2022A1515010438 (a ZSJ) y 2022A1515012306 (a HSL). Este estudio fue apoyado por el Programa de Tecnología de Frontera Clínica del Primer Hospital Afiliado de la Universidad de Jinan, China, Nos. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (a HSL). Este estudio contó con el apoyo del Proyecto del Plan de Ciencia y Tecnología de Guangzhou, Nos. 202201020018 (a HSL), 2023A04J1284 (a ZSJ) y 2023A03J1024 (a HSL).
Materials
| 0.01M PBS (powder, pH7.2-7.4) | Solarbio Life Sciences | P1010 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Macklin | 75-80-9 | |
| 4% paraformaldehyde tissue fixative | Biosharp life science | BL539A | |
| Biomicroscope | Leica | LCC50 HD | |
| CatWalk | Noldus Information Technology | CatWalk XT 9.1 | |
| Cover glass | CITOTEST Scientific | 10212432C | |
| Embedding machine | Changzhou Zhongwei Electronic Instrument | BMJ-A | |
| Ethanol absolute | DAMAO | 64-17-5 | |
| FootFaultScan | Clever Sys Inc. | – | |
| Glass slide | CITOTEST Scientific | 80302-2104 | |
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| micro-grinding drill | FEIYUBIO | 19-7010 | |
| Mouse spinal fixator | RWD Life Science | 68094 | |
| Paraffin microtome | Thermo | shandon finesse 325 | |
| RotaRod for Mice | Ugo Basile | 47600 | |
| Stereomicroscope | KUY NICE | SZM-7045 | |
| Tert-Amyl alcohol | Macklin | 75-85-4 | |
| Xylene | China National Pharmaceutical | #10023418 |
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